风力机叶片气动分析及优化研究

作     者：王龙 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周超英

授予年度：2013年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：水平轴风力机 气动分析 参数化 Multi-island遗传算法 优化 

摘      要：随着社会的发展，人类对化石能源这类传统能源的过度使用，造成了能源短缺、环境污染以及生态失衡等一系列问题，能源问题成为了人类急需解决的问题。在这一背景下，风能作为一种清洁的新能源出现在人们的视野中，风能的开发及利用得到了人们的重视。 叶片是风力机极其重要的组成部分，也是风力机产品设计的基础，对整个风力机系统有着很大的影响。本课题开展了以水平轴风力机翼型及叶片的外形、气动性能为研究对象的分析和优化研究。 本课题选取三种翼型建立物理模型，采用四边形结构化网格并选取压力远场为边界条件建立二维流场。对三种翼型分别进行了数值模拟，模拟结果与已知数据相符合，证明了翼型数值模拟的可行性，为翼型优化提供了理论数据。 以Multi-island遗传算法为优化算法，以CST法为参数化法，以iSIGHT为优化平台，建立了翼型优化流程，设计了翼型参数化组块、网格划分组块、翼型气动分析组块、Multi-island遗传算法优化组块以及CLOSE组块。对不同角度下的翼型、多种翼型进行了翼型优化研究，获取了气动性能优于初始翼型的新翼型。 通过对输出功率等参数的分析，完成了叶片气动外形的设计，进行了基于初始翼型生成的叶片与基于优化翼型生成的叶片气动性能的计算与比较工作。在三维流场中对两种叶片进行了模拟仿真，并对两者之间不同进行了分析。 本课题在翼型的气动优化以及风力机叶片的气动分析方面具有一定的理论意义，并具有一定的参考价值。